JP3051604B2

JP3051604B2 - ３次元ディスプレイ装置

Info

Publication number: JP3051604B2
Application number: JP5168973A
Authority: JP
Inventors: 眞行片桐; 敏男野村; 宣捷賀好
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-07-08
Filing date: 1993-07-08
Publication date: 2000-06-12
Anticipated expiration: 2015-06-12
Also published as: JPH0728015A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特殊な眼鏡を必要とせ
ずに、立体画像が再生できる３次元ディスプレイ装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術としては、メガネなしで立体
画像が見られるレンチキュラレンズを用いた３次元（３
Ｄ）ディスプレイが知られており、特に、レンチキュラ
レンズと表示画素の位置合わせが容易、表示面とレンチ
キュラレンズまでの距離が短いなどの理由で、液晶ディ
スプレイなどのフラットパネルディスプレイとの組み合
わせで実現されている。

【０００３】液晶パネル表示面に直接レンチキュラレン
ズを貼る直視型の３Ｄディスプレイ装置の従来例につい
て以下に説明する。

【０００４】異なる視差像が表示されている液晶パネル
の複数の画素の１組に対して１つのシリンドリカルレン
ズが対応する。シリンドリカルレンズの機能によって、
それぞれの視差像は観察領域のある表示区間に区別して
集められる。観察者は右目、左目をそれぞれ異なる視差
像が集まっている表示空間に置いて、右目、左目でそれ
ぞれ異なる視差像を見れば、立体像が観察できる。

【０００５】従来のレンチキュラ方式の３Ｄディスプレ
イの構造断面図を図４（ａ）に示す。図４（ａ）では２
眼式の例が示されている。液晶パネル１００の表示画素
ＤＤｉ１に左目に対応する視差像（以下、左目用画像）
の一部が、表示画素ＤＤｉ２に右目に対応する視差像
（以下、右目用画像）の一部が表示されている。表示画
素ＤＤｉ１とＤＤｉ２のペアに対して、シリンドリカル
レンズＬＬｉが対応して置かれる。表示画素ＤＤｉ１、
ＤＤｉ２を透過した光はシリンドリカルレンズＬＬｉの
働きによって、観察領域内のそれぞれ表示空間ＢＢ、表
示空間ＣＣに分離される。これは、ｉが１からｎにわた
って、同様なことが起こり、表示空間ＢＢには左目用画
像が集められていて、表示空間ＣＣは右目用画像が集め
られている。表示空間ＢＢ、表示空間ＣＣにそれぞれ左
目、右目をもってくると立体像が観察できる。

【０００６】表示画素ＤＤｉ１あるいはＤＤｉ２を透過
した光はすべて、そのペアに対応したシリンドリカルレ
ンズＬＬｉを通るとは限らない。その隣の表示画素を透
過した光がレンズＬＬｉを通ることもある。例えば、表
示画素ＤＤ（ｉ−１）２の透過がレンズＬＬｉを通れ
ば、空間ＡＡに投影される（以下ｉはｉ＝１〜ｎ）。ま
た、表示画素ＤＤ（ｉ＋１）１の透過光がレンズＬＬｉ
を通れば、表示空間ＤＤに投影される。すなわち、表示
空間ＡＡには右目用画像が集められて、表示空間ＤＤに
は左目用画像が集められている。適切な観察領域には右
目用画像、左目用画像が交互に現れる。このように、表
示画素を透過した光がその対応するレンズと隣接するレ
ンズを通る光をサイドローブ光と呼ぶ。

【０００７】従来の液晶パネルは、表示画素の間に電極
部分に対応した非透過部がある。表示画素ＤＤｉ１とＤ
Ｄｉ２の間に非透過部ＢＢｉ１が存在する。また、表示
画素ＤＤｉ２とＤＤ（ｉ＋１）１の間にも非透過部ＢＢ
ｉ２が存在する。

【０００８】レンズＬＬｉに注目すると、非透過部ＢＢ
ｉ１は表示空間ＦＦに、非透過部ＢＢｉ２は表示空間Ｇ
Ｇに、非透過部ＢＢ（ｉ−１）２は表示空間ＥＥにそれ
ぞれ対応して投影される。

【０００９】図５（ａ）に従来の薄膜トランジスタ（Ｔ
ＦＴ）型液晶パネルの画素配列の拡大図を示す。

【００１０】ＴＦＴ型液晶パネルにはゲート電極１０
５、ソース電極１０６、赤色の画素（Ｒ）１０２、緑色
の画素（Ｇ）１０３、青色の画素（Ｂ）１０４から構成
される。画素配列とシリンドリカルレンズとの相対的位
置を表すシリンドリカルレンズの断面図を図５（ｂ）に
示す。水平に並んだ２つの画素列に対して、１つのシリ
ンドリカルレンズが対応する。Ｒ、Ｇ、Ｂ画素の配列方
向はレンズ作用のないシリンドリカルレンズの長手方向
と一致する。Ｒ、Ｇ、Ｂ画素の配列方向とシリンドリカ
ルレンズの長手方向を直交させると色画像が分解され
る。

【００１１】ゲート電極１０５及びソース電極１０６
は、金属膜で構成されており不透明である。すなわち、
ゲート電極１０５あるいはソース電極１０６は表示照明
用の光を透過しない非透過部ＢＢｉ１，２である。ゲー
ト電極とソース電極は逆でもよい。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の技術では表示画素と表示画素の間に光を透過しない電
極による非透過部が存在する。この非透過部によって、
非表示空間が表示空間の間に形成される。

【００１３】図４（ｂ）に観察領域内のある平面ａ−
ａ′上の光強度分布を示す。表示画素ＤＤｉ１の透過光
がレンズＬＬｉを通ると、表示空間ＢＢに投影される
（ｉはｉ＝１〜ｎ）。また、表示画素ＤＤｉ２の透過光
がレンズＬＬｉを通ると、表示空間ＣＣに投影される。
非表示空間ＦＦにはどこからも光が到達しない。別の見
方をすれば、非透過部ＢＢｉ１が非表示空間ＦＦに投影
されると考えてもよい。

【００１４】非表示空間ＦＦの大きさは非透過部ＢＢｉ
１の幅による。非表示空間ＦＦの幅をｃｃとして、観察
者の両眼の間隔をｄｄ（人の平均値は約６５ｍｍ）とす
ると、立体視が可能な範囲内で目の動かせる距離はｄｄ
−ｃｃである。このように、従来例では表示空間の間に
非表示空間が現れ、立体視できる空間を狭めるという問
題点があった。

【００１５】幅ｃｃを小さくする目的で、その原因とな
っている電極（非透過部）の幅を狭めようとしても、電
極の幅を小さくすると、電極の抵抗が大きくなり、表示
品位（コントラスト）の低下を招く。

【００１６】また、観察者が頭を移動させて、表示空間
Ａに右目、表示空間Ｂに右目をもってくると、左目には
右目用画像が、右目には左目用画像が呈示され、違和感
があり苦痛を伴う画像が観察される。従来の技術では、
このような状態に陥る確率が非常に高いという問題点が
あった。

【００１７】従って、本発明の目的は、非表示空間の幅
をできるかぎり小さくして、立体視可能な空間を広げ、
かつ異常な立体像が観察されにくい３次元ディスプレイ
装置を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、複数の
異なる視差像を同時に表示する表示パネル及びシリンド
リカルレンズのアレイで構成されるレンチキュラレンズ
を有する３次元ディスプレイ装置であって、表示パネル
は、異なる視差像を表示して対となる表示画素列を備
え、表示画素列の電極が、シリンドリカルレンズの凹部
に対応する位置に配置されている３次元ディスプレイ装
置によって達成される。

【００１９】本発明の３次元ディスプレイ装置では、電
極に起因して生成される観察領域内の非表示空間の幅を
平均的な人の眼の間隔以上になるように電極の幅を設定
してもよい。

【００２０】

【作用】第１の発明では、表示パネルに複数の異なる視
差像を同時に１列の表示画素列置きに表示し、その際、
表示画素列の電極は、シリンドリカルレンズの凹部に対
応する位置に配置される。対となる表示画素列に対し
て、レンチキュラレンズ内の１つのシリンドリカルレン
ズを対応させる。レンチキュラレンズの働きによって、
表示パネルから出射された光を視差像毎に分離して、異
なる空間に異なる視差像を投影する。その際に表示パネ
ルの画素配列を反映して、１対の視差像は、極狭の境界
部が投影されて生成される非常に狭い間隔の空間で分離
される。更に、対応したシリンドリカルレンズの隣のシ
リンドリカルレンズを透過したサイドローブ光によっ
て、上記１対の視差像が投影される空間の隣に、また１
対の視差像が投影される。その際に、１対の視差像投影
される空間同士は、１対の表示画素列のシリンドリカル
レンズの凹部に対応する位置に配置された電極によって
生成される投影空間で分離される。

【００２１】第２の発明では、上記電極の幅が、電極に
よって生成される投影空間の幅が平均的な人の眼の間隔
以上になるように設定されていて、１対の視差像と他の
１対の視差像にまたがって観察することがなくなる。

【００２２】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の３次元ディ
スプレイ装置の実施例を説明する。

【００２３】図１（ａ）は、本発明の３次元ディスプレ
イ装置の一実施例である２眼式３次元ディスプレイの構
造を示す。

【００２４】図１（ａ）に示すように、本実施例の２眼
式３次元ディスプレイは、液晶パネル１の上にレンチキ
ュラレンズ２が貼り付けらて構成されている。

【００２５】液晶パネル１の裏面から表示照明用光源
（図示せず）によって、液晶パネル１は照明される。

【００２６】液晶パネル１は、例えば、エレクトロルミ
ネッセンス（ＥＬ）パネルやプラズマディスプレイ等の
フラットパネルディスプレイに置き換えることもでき
る。その場合、表示用照明光源は必要としない。

【００２７】レンチキュラレンズ２は、シリンドリカル
レンズのアレイである。図１（ａ）のレンチキュラレン
ズ２は、紙面に垂直方向に細長いシリンドリカルレンズ
のアレイの断面を表している。レンチキュラレンズ２
は、通常、アクリル、塩化ビニルなどのプラスチック材
料からなる。

【００２８】液晶パネル１には２つの異なる視差像が１
画素置きに表示される。液晶パネル１の表示画素Ｄｉ１
に左目に対応する視差像（以下、左目用画像）の一部
が、表示画素Ｄｉ２に右目に対応する視差像（以下、右
目用画像）の一部が表示されている（以下ｉはｉ＝１〜
ｎを示す）。表示画素Ｄｉ１と表示画素Ｄｉ２のペアに
対して、レンチキュラレンズ２内のシリンドリカルレン
ズＬｉが対応して密着配置される。

【００２９】表示画素Ｄｉ１、Ｄｉ２を透過した光は、
シリンドリカルレンズＬｉの働きによって、観察領域の
表示空間Ｂ、表示空間Ｃにそれぞれ分離され、投影され
る。これはｉからｎまでのすべての表示画素において同
様なことが起こり、左目用画像が投影される表示空間
Ｂ、右目用画像が投影される表示空間Ｃが形成される。
観察者は、表示空間Ｂ、表示空間Ｃにそれぞれ左目、右
目をもってくると立体像が観察できる。

【００３０】表示画素Ｄ（ｉ＋１）１の透過光がその対
応するレンズＬｉ＋１の隣のレンズＬｉを通れば、表示
空間Ｄに投影される。また、表示画素Ｄ（ｉ−１）２の
透過光がその対応するレンズＬｉ−１の隣のレンズＬｉ
を通れば、表示空間Ａに投影される。これはｉからｎま
でのすべての表示画素において同様なことが起こり、左
目用画像が投影される表示空間Ｄ、右目用画像が投影さ
れる表示空間Ａが形成される。

【００３１】表示画素Ｄｉ１とＤｉ２の間に境界部Ｓｉ
が存在する。この境界部Ｓｉは、従来のパネルで表示画
素Ｄｉ１とＤｉ２の間に存在した非透過部（電極）に比
べ、非常に幅が狭い。また、境界部Ｓｉは、非透過部と
は限らない。画像データには関与しないが、透過光が存
在することもある。また、表示画素Ｄｉ２とＤ（ｉ＋
１）１の間に非透過部Ｂｉが存在する。この非透過部Ｂ
ｉの幅は従来のパネルの非透過部Ｂｉに比べて約２倍に
なっている。上記のことが本発明の最大の特徴である。

【００３２】図１（ｂ）は、観察領域内にある平面ａ−
ａ′上の光強度分布を示す。

【００３３】図１（ａ）は、表示画素Ｄｉ１の透過光が
レンズＬｉを通ると、表示空間Ｂに投影される（ｉはｉ
＝１〜ｎ）。また、表示画素Ｄｉ２の透過光がレンズＬ
ｉを通ると、表示空間Ｃに投影される。表示空間Ｂには
右目用画像が、表示空間Ｃには左目用画像が投影され
る。

【００３４】サイドローブ光に関しては、表示画素Ｄ
（ｉ＋１）１の透過光が隣のレンズＬｉを通ると、表示
空間Ｄに投影される。また、表示画素Ｄ（ｉ−１）２の
透過光が隣のレンズＬｉを通れば、表示空間Ａに投影さ
れる。更に、表示画素Ｄ（ｉ＋１）２の透過光が隣のレ
ンズＬｉを通ると、表示空間Ｄの更に右隣の表示空間Ｉ
に投影される。表示画素Ｄ（ｉ−１）１の透過光が隣の
レンズＬｉを通れば、表示空間Ａの更に左隣の表示空間
Ｈに投影される。

【００３５】表示空間Ｈには左目用画像が、表示空間Ａ
には右目用画像が投影される。また、表示空間Ｄには左
目用画像が、表示空間Ｉには右目用画像が投影される。

【００３６】表示空間Ｂと表示空間Ｃの間には液晶パネ
ル１の表示面上の境界部Ｓｉに起因する表示境界空間Ｆ
が生成される。境界部Ｓｉは光と透過するので、表示境
界空間Ｆはある程度の明るさをもつ。表示境界空間Ｆに
は画像を投影されない。但し、表示境界空間Ｆの幅は非
常に狭く、実用上無視することもできる。

【００３７】表示空間Ｂに左目を、表示空間Ｃに右目を
もってくれば、立体視が可能である。そして、この空間
内で目の動かせる範囲を人の両眼の間隔ｄ（人の平均値
は約６５ｍｍ）にほぼ等しくすることができる。これ
は、理想的な最大の範囲である。

【００３８】図１（ｂ）に示されるように、表示空間Ｈ
と表示空間Ａ、表示空間Ｂと表示空間Ｃ、表示空間Ｄと
表示空間Ｉの組み合わせに、それぞれ左目用画像と右目
用画像が投影される。そして、１組の空間の間には、液
晶パネル１の表示面上の非透過部Ｂｉに起因する非表示
空間Ｅ、Ｇが存在する。

【００３９】非表示空間Ｅ、Ｇの幅を人の両眼の間隔ｄ
以上にすると、観察者が観察領域内で頭を移動させて
も、左目、右目に左目用、右目用逆の画像が呈示される
ことはない。

【００４０】表示パネル上の画素配列を平面ａ−ａ′上
の投影パターンは相似形をなす。表示画素Ｄｉ１、Ｄｉ
２は表示空間Ｂ、Ｃに、境界部Ｓｉは表示境界空間Ｆ
に、非透過部Ｂｉ−１、Ｂｉは非表示空間Ｅ、Ｇに対応
する。

【００４１】立体視可能な空間（目の動かせる範囲）を
できるだけ広くとるという観点から、表示空間の幅の必
要十分条件は、人の両眼の間隔である。この条件であれ
ば、非透過部（２本の電極）の幅を表示画素の幅と同等
にすればよい。非透過部の幅を広げることは容易に実施
できる。

【００４２】図２（ａ）に本発明に用いられる液晶パネ
ル１の画素配列の一部を表した平面拡大図を示す。図２
（ａ）にはＴＦＴ型液晶パネルが示されているが、デュ
ーティー型液晶パネルでもよい。

【００４３】赤色（Ｒ）の表示画素３、６と、緑色
（Ｇ）の表示画素４、７と、青色（Ｂ）の表示画素５、
８がシリンドリカルレンズの長手方向に一致して並んで
いる。Ｒ、Ｇ、Ｂの画素配列の方向とシリンドリカルレ
ンズの長手方向を直交させると、シリンドリカルレンズ
の作用で表示空間内で色画像が分解される。色分解され
た表示画素がシリンドリカルレンズの水平方向（長手方
向に直交）にずれて配列されると、上記のことが起こ
る。

【００４４】表示画素３、４、５には右目用画像の一部
が表示されている。表示画素６、７、８には左目用画像
の一部が表示されている。表示画素３、４、５の列と、
表示画素６、７、８の列を１組として、それに対応し
て、レンチキュラレンズ内の１つのシリンドリカルレン
ズが置かれる。

【００４５】図２（ｂ）は、表示画素とシリンドリカル
レンズの相対的位置を表す。

【００４６】各色の表示画素の間にはゲート電極９が形
成されている。表示画素列３、４、５に対するソース電
極１０は表示画素列の左側に形成する。また、表示画素
列６、７、８に対するソース電極１１は表示画素列の右
側に形成する。即ち、１組の表示画素列においてソース
電極を左右に振り分ける。これは他の表示画素列の組に
おいてもこのような配列を採る。

【００４７】ゲート電極９及びソース電極１０、１１に
は通常、導電性のよい金属膜が用いられるので、ゲート
電極９及びソース電極１０、１１は不透明で光を透過さ
せない。ゲート電極９とソース電極１０、１１は交差し
ているが、当然電気的には分離されている。ゲート電極
とソース電極の配置は逆でもよい。

【００４８】１組の表示画素３と表示画素６、表示画素
４と表示画素７、表示画素５と表示画素８の間には、そ
れぞれ境界部１４が形成される。境界部１４は、表示画
素を形成する表示電極（図示せず）が分離されているこ
とを表している。即ち、境界部１４は、表示電極が分離
されていればよく、境界部１４の幅は、ソース電極に比
べて非常に細くすることができる。

【００４９】境界部１４は、基本的には光を透過させ
る。但し、境界部１４に遮光膜を形成して、光を透過さ
せないようにすることもできる。

【００５０】上述した図１（ａ）における境界部Ｓｉ
は、図２（ａ）の境界部１４に対応する。また、図１
（ａ）における非透過部Ｂｉは、図２（ａ）のソース電
極１０と隣の表示画素列のソース電極１２、あるいはソ
ース電極１１と隣の表示画素列のソース電極１３が合わ
さったものに対応する。

【００５１】更に、図１（ａ）の表示画素Ｄｉ１は、図
２（ａ）の表示画素６、７、８のいずれかに対応し、図
１（ａ）の表示画素Ｄｉ２は、図２（ａ）の表示画素
３、４、５のいずれかに対応する。

【００５２】右目用画像を表示している表示画素列と左
目用画像を表示している表示画素列の間に存在する境界
部１４の幅は非常に狭く、それぞれの表示画素列は接近
している。その代わりに、表示画素列の組と組の間に
は、ソース電極２本分の非透過部がある。

【００５３】本発明は投射型３次元ディスプレイ装置に
も応用できる。

【００５４】図３は、投射型３次元ディスプレイ装置の
構造断面図を示す。

【００５５】図３の投射型３次元ディスプレイ装置で
は、液晶パネル１の画素配列は、上述した図２に示され
る通りである。レンチキュラスクリーン２０は、シリン
ドリカルレンズのアレイ２０ａと拡散層２０ｂからな
る。

【００５６】液晶パネル１の画素列とシリンドリカルレ
ンズの長手方向と一致させるのは上記実施例と同じであ
る。

【００５７】光源２１から投射された光は、集光レンズ
２３で集められて、液晶パネル１に入射される。液晶パ
ネル１で変調を受け、透過した光は投射レンズ２２で拡
散層２０ｂに結像される。即ち、液晶パネル１上の画素
配列の関係は維持されたまま、拡散層２０ｂに拡大投影
される。その後の作用及び効果は、上述した実施例と同
様なので説明を省略する。

【００５８】

【発明の効果】本発明の３次元ディスプレイ装置は、複
数の異なる視差像を同時に表示する表示パネル及びシリ
ンドリカルレンズのアレイで構成されるレンチキュラレ
ンズを有する３次元ディスプレイ装置であって、表示パ
ネルは、異なる視差像を表示して対となる表示画素列を
備え、表示画素列の電極が、シリンドリカルレンズの凹
部に対応する位置に配置されているので、左目用画像を
表示する表示画素と右目用画像を表示する表示画素を近
接して配列することにより、立体視可能な領域（目の動
かせる範囲）を理想に近い状態にまで広げることができ
る。

【００５９】また、本発明の３次元ディスプレイ装置で
は、電極に起因して生成される観察領域内の非表示空間
の幅を平均的な人の眼の間隔以上になるように電極の幅
を設定しているので、１組の左目用画像、右目用画像が
投影される表示空間同士の間に、人の眼の間隔以上の幅
をもつ非表示空間が存在することにより、左目用、右目
用反対の画像を観ることがなく、その結果、左目用、右
目用反対の画像が呈示されることなく、観察者が違和感
のない画像を観察できる。

【図面の簡単な説明】

【図１ａ】本発明の３次元ディスプレイ装置の一実施例
の構成を示す断面図である。

【図１ｂ】図１ａの平面ａ−ａ′で切断したときの光強
度分布図の説明図である。

【図２ａ】図１ａに示される３次元ディスプレイ装置に
用いられる液晶パネルの画素配列を表す説明図である。

【図２ｂ】図２ａに示される画素配列に対応するシリン
ドリカルレンズの断面図である。

【図３】本発明の３次元ディスプレイ装置による他の実
施例の構成を示す断面図である。

【図４ａ】従来の３次元ディスプレイ装置の構成を示す
断面図である。

【図４ｂ】図４ａの平面ａ−ａ′で切断したときの光強
度分布の説明図である。

【図５ａ】従来の液晶パネルの画素配列を表す説明図で
ある。

【図５ｂ】図５ａに示される画素配列に対応するシリン
ドリカルレンズの断面図である。

【符号の説明】

１、１００液晶パネル２、１０１レンチキュラレンズ３、６、１０２赤色表示画素４、７、１０３緑色表示画素５、８、１０４青色表示画素９、１０５ゲート電極１０、１１、１２、１３、１０６ソース電極２０レンチキュラスクリーン２１光源２２投射レンズ２３集光レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平４−159529（ＪＰ，Ａ) 特開平５−61013（ＪＰ，Ａ) 実開昭52−163338（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/13 505 G02F 1/1335 G09F 9/00 - 9/46 G02B 27/22

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の異なる視差像を同時に表示する表
示パネル及びシリンドリカルレンズのアレイで構成され
るレンチキュラレンズを有する３次元ディスプレイ装置
であって、該表示パネルは、異なる視差像を表示して対
となる表示画素列を備え、該表示画素列の電極が、前記
シリンドリカルレンズの凹部に対応する位置に配置され
ていることを特徴とする３次元ディスプレイ装置。
【請求項２】前記電極に起因して生成される観察領域
内の非表示空間の幅を平均的な人の眼の間隔以上になる
ように該電極の幅を設定することを特徴とする請求項１
に記載の３次元ディスプレイ装置。